1993年，国内兴起“淘金热”，一些中国人以低价在国内购买商品，到俄罗斯高价转卖，赚取差价，这样的人被称为“倒爷”。《莫斯科行动》根据1993年的中俄列车大劫案改编。1993年5月27日，在北京开往莫斯科的国际列车上，十几名歹徒持瓦斯枪、电警棍、长刀等对车厢内的旅客实施抢劫。5月31日，列车到达俄罗斯，以牛奔为首的匪徒又上了车，再次洗劫、伤害旅客。从5月26日至31日，共有多伙匪徒抢劫旅客财物，3名妇女被强奸、轮奸，多人被打伤、刺伤。我国警方派出以程亚力为首的专案小组，远赴俄罗斯，在异国开展了一场曲折惊险的追缉之旅。
对于接拍这部戏，导演张睿表示：“这个案件不是我选的，是公安部和制作方共同选定的。那么打动我的首先是它的纪实性，第二它的影响力，第三它的传奇性。这个真实的事件让我听完就觉得很传奇，当时就决定拍这个戏。我们剧中绝大部分的情节设置都是还原事实，我们在这个基础上作了一些戏剧加工。”虽然已经通过《刑警队长》《余罪》积累很多刑侦剧拍摄的经验，但张睿透露在拍摄《莫斯科行动》这样的跨国剧时还是遭遇了困难，“跨国拍摄难点就在于第一是沟通问题，俄罗斯人说英语的不多，所以我们沟通只能靠翻译。第二个难点就是大家工作习惯差异很大。比如说他们对于我们双组拍摄、工作时间、工作强度都不太适应，但是他们一直在尽力配合我们。”
1993年，当时中俄尚未正式警务建交，时任北京铁路公安局副处长的程亚力带领的专案小组，只能在莫斯科乔装为“倒爷”，在语言不通、行动受限的情况下打探劫匪团伙的线索，寻求案件突破。
